[发明专利]基于全溶胶凝胶工艺的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光电利用技术领域，更具体涉及一种基于全溶胶凝胶工艺的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

光电转化现象最早由法国科学家贝克雷尔Henri Becqμerel在1839年观察到，1954年第一款可使用的硅基太阳能电池面世，它是一款具有pn结的太阳能电池。这种pn结太阳能电池利用太阳光产生工作电流，为外界提供电能，硅基太阳能电池由此逐步走入市场化，但是从世界范围来看，由于硅基电池制造成本较高，光伏电池的安装容量十分有限。除此之外，硅基太阳能电池不利于结合柔性材料制造，大面积生产业存在障碍。1991年，瑞士科学家格兰泽尔等第一次制造出了染料敏化纳米太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells,DSSC)，由此关于DSSC的研究得到了蓬勃发展。DSSC具备纳米薄膜材料、液态或者固态电解质以及金属背电极构成，它涉及到的主要制备方法包含溶胶凝胶法、水热反应法以及溅射等方法，具有成本较低、性能良好、工艺简单的特点，能够应用于柔性大面积制造。

然而传统的太阳能电池也存在弱点，特别是进入兆瓦量级后，由于这样的电池中涉及到碲、铟、镓等昂贵的金属材料，成本因此提高。2009年首次提出的钙钛矿太阳能电池很好的解决了这个问题。在钙钛矿太阳能电池中，主要涉及到有机-无机钙钛矿结构，这种结构多形如AMI₃，其中A是CH₃NH₃⁺或HC(NH₂)₂⁺，M是Sn或Pb。这种钙钛矿材料电荷迁移率高，并且适用于低温工艺。目前报道的钙钛矿太阳能电池已经能达到15.4％的转换效率，但是大部分钙钛矿太阳能电池的背电极接触层材料采用Au、Ag，这样就造成成本高的问题，并且目前的钙钛矿太阳能电池还存在制作过程复杂的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何在降低钙钛矿太阳能电池的制作成本以及简化制备过程。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于全溶胶凝胶工艺的钙钛矿太阳能电池，所述基于全溶胶凝胶工艺的钙钛矿太阳能电池从上到下依次为导电玻璃基片14、金属氧化物层13、钙钛矿膜层12、空穴传输层11、背电极接触层10；所述导电玻璃基片14上有导电薄膜；所述背电极接触层10为氧化铟锡ITO层。

优选地，所述金属氧化物层13为BaTiO₃层、ZnO层或SnO₂层。

优选地，所述钙钛矿膜层12为CH₃NH₃PbI₃层、CH₃NH₃PbBr₃层或CH₃NH3PbCl₃层。

优选地，所述空穴传输层11为2,2',7,7'-四[N,N-二氨基]-9,9'-螺二芴层。

基于全溶胶凝胶工艺的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

S1、清洗已长好导电薄膜的导电玻璃基片14；

S2、采用溶胶凝胶工艺，制备金属氧化物层13，并将其淀积在所述导电玻璃基片14上；

S3、采用溶胶凝胶工艺，在所述金属氧化物层13上生成钙钛矿膜层10；

S4、采用溶胶凝胶工艺，旋涂溶于氯苯中的spiro-OMeTAD溶液在所述钙钛矿膜层12上，制备空穴传输层11；

S5、采用溶胶凝胶工艺，在所述空穴传输层11生成背电极接触层10。

优选地，所述步骤S1具体为：将已长好导电薄膜的导电玻璃基片14置于丙酮溶液中，水浴加热至50℃，超声5分钟；再将所述导电玻璃基片14置于无水乙醇中，水浴加热至50℃，超声5分钟。

优选地，所述步骤S2具体为：